一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種傳感器，尤其涉及一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]普通的緊身運(yùn)動(dòng)服，僅僅能保護(hù)皮膚，無法給出肢體變化。健身、運(yùn)動(dòng)、舞蹈過程中，某些動(dòng)作要求訓(xùn)練人員達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，比如:健身中，在肌肉繃緊狀態(tài)維持幾秒的時(shí)間，以達(dá)到增強(qiáng)力量和肌肉體積的目的，通過定量跟蹤肢體和肌肉的變化，可以輔助改善運(yùn)動(dòng)水平。
[0003]—些基于振動(dòng)或電子加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)跟蹤器，佩戴之后能跟蹤每天走了多少步，粗略地給出一天的運(yùn)動(dòng)情況?；陔娮蛹铀俣扔?jì)的運(yùn)動(dòng)跟蹤器，在健身活動(dòng)時(shí)只能給出整個(gè)身體作為單一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，無法給出肢體關(guān)節(jié)、肌肉形變的變化程度。當(dāng)這類跟蹤器佩戴于胸前，只能感受到整個(gè)身體的輕微振動(dòng)，對(duì)于四肢和肌肉的變化，無法跟蹤。如果在身體各個(gè)部位部署多個(gè)加速度計(jì)，也可以跟蹤到細(xì)部變化，但往往需要用導(dǎo)線連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)，這對(duì)導(dǎo)線的要求很高，需要解決導(dǎo)線防水防汗、屏蔽體表電荷的干擾、耐洗耐折；同時(shí)由于加速度計(jì)跟蹤的是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，而不是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)變化，需要復(fù)雜計(jì)算才能給出關(guān)節(jié)角度的變化，此類方法也很難跟蹤肌肉膨脹的變化。
[0004]使用電阻應(yīng)變片的傳感器，可以利用形變引起應(yīng)變片的電阻變化，從而跟蹤肢體動(dòng)作?；陔娮钁?yīng)變片的傳感器，仍然需要導(dǎo)線連接，對(duì)導(dǎo)線要求高，而且受溫度和電磁場(chǎng)、體表電荷影響，而且高振動(dòng)等情況容易導(dǎo)致連接脫落。
[0005]基于布拉格光柵的光學(xué)應(yīng)變片，特定激光通過晶體光柵會(huì)產(chǎn)生光學(xué)衍射，物理形變會(huì)改變光柵，可以通過檢測(cè)衍射變化分析物理形變，從而捕捉肢體動(dòng)作?；诓祭窆鈻诺墓鈱W(xué)應(yīng)變片，精度很高、也同樣不受電磁場(chǎng)影響，但要求使用高精度波長的激光光源，而且對(duì)晶體光柵的制作、光路組裝、以及檢測(cè)衍射變化的要求非常高。從而如果要應(yīng)用到服裝等普通用品上，成本非常高，相關(guān)配套電子裝置也體積較大。
[0006]—些基于紅外成像的體感技術(shù)，通過攝像設(shè)備捕捉身體的紅外圖像，也可以分析肢體動(dòng)作?；诩t外成像的體感技術(shù)，需要被測(cè)對(duì)象在特定的區(qū)域，攝像設(shè)備體積較大、耗電要求高、光學(xué)分析需要大量計(jì)算。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型即是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，巧妙利用光在光纖構(gòu)成的光路中傳遞時(shí)，光纖彎折處會(huì)存在不同程度的輻射損耗現(xiàn)象，通過測(cè)量光輻射損耗的程度來檢測(cè)物理形變，提供一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器。
[0008]為解決上述問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，包括光發(fā)生器、光纖、光電感應(yīng)器、控制器，其特征在于:光發(fā)生器與光纖一端連接，光纖的另一端與光電感應(yīng)器連接，控制器分別與光發(fā)生器和光電感應(yīng)器電連接，所述光纖經(jīng)繞制編織在一起，形成特定形狀的傳感器。
[0010]更進(jìn)一步的，所述的光發(fā)生器，不要求選用高精度的激光光源，選用普通LED元件即可。
[0011]更進(jìn)一步的，所述的光電感應(yīng)器，不需要特殊光學(xué)分析器件，選用光電三極管即可。
[0012]更進(jìn)一步的，所述的控制器包括一微處理器，微處理器的一1腳與光發(fā)生器電連接，微處理器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)光發(fā)生器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸入光纖;微處理器的另一 1腳與光電感應(yīng)器電連接，光電感應(yīng)器接收光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，流經(jīng)信號(hào)放大器進(jìn)行放大，經(jīng)1腳送至微處理器作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，利用光的傳播特性感知其物理形變，適合應(yīng)用于智能服裝，可以分析出特定關(guān)節(jié)或肌肉的肢體活動(dòng);不需要多個(gè)電子加速度計(jì)、或者晶體光柵，降低了復(fù)雜度;利用廣泛生產(chǎn)的低成本光纖，不需要價(jià)格昂貴的特殊纖維材料，光纖要求甚至不需要達(dá)到通信用途的工業(yè)光纖。
[0014]本實(shí)用新型裝置的制造成本低，光信號(hào)發(fā)生部分，不要求高精度的激光光源，普通LED元件即可;光信號(hào)檢測(cè)部分，不需要特殊光學(xué)分析器件，選用普通光電轉(zhuǎn)換元件即可;整個(gè)裝置的能耗非常低，非控制計(jì)算部分的工作電流低于I毫安，可用于微型電池供電；整個(gè)裝置電路簡(jiǎn)潔小巧，適合制作隨身攜帶的智能穿戴、或智能服裝。
[0015]本實(shí)用新型裝置的檢測(cè)精度，低于精密應(yīng)變片，但量程較大，更適合滿足檢測(cè)肢體變化的需要，同時(shí)也可以通過改進(jìn)光纖的材質(zhì)、繞制方法、光路的裝配工藝等，提高檢測(cè)精度。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器電路原理圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型所根據(jù)的光纖彎曲產(chǎn)生輻射損耗的原理圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型輸入與輸出信號(hào)比較圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型光纖發(fā)生彎曲時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)變化圖；
[0021]其中，I為光發(fā)生器，2為光纖，3為光電感應(yīng)器，4為控制器，31為光電轉(zhuǎn)換元件，32為信號(hào)放大器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器進(jìn)行描述，目的是為了公眾更好的理解本實(shí)用新型所述的技術(shù)內(nèi)容，而不是對(duì)所述技術(shù)內(nèi)容的限制，事實(shí)上，在本實(shí)用新型的創(chuàng)新精神實(shí)質(zhì)內(nèi)，對(duì)所述結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，包括對(duì)相應(yīng)元器件的增減和替換都在本實(shí)用新型所要求保護(hù)的技術(shù)方案之內(nèi)。
[0023]如圖1或圖2所示，一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，包括光發(fā)生器1、光纖2、光電感應(yīng)器3、控制器4，其中，光發(fā)生器I與光纖2—端連接，光纖2的另一端與光電感應(yīng)器3連接，控制器4分別與光發(fā)生器I和光電感應(yīng)器3電連接，所述光纖2經(jīng)繞制編織在一起，形成特定形狀的傳感器。
[0024]其中上述的光發(fā)生器，不要求選用高精度的激光光源，選用普通LED元件即可。上述的光電感應(yīng)器，不需要特殊光學(xué)分析器件，選用光電轉(zhuǎn)換元件即可。上述的控制器4為一微處理器，微處理器的一 1腳與光發(fā)生器I電連接，微處理器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)光發(fā)生器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸入光纖2;微處理器的另一 1腳與光電感應(yīng)器3電連接，光電轉(zhuǎn)換元件31接收光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，流經(jīng)信號(hào)放大器32進(jìn)行放大，經(jīng)1腳送至微處理器4作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。
[0025]如圖3所示，光纖彎曲曲率半徑減小，宏彎損耗指數(shù)增加。
[0026]如圖4所示，輸入信號(hào)流經(jīng)光纖后損耗明顯。
[0027]如圖5所示，光纖發(fā)生拉伸彎曲時(shí)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生明顯的影響。
[0028]下面對(duì)裝置工作處理過程進(jìn)一步詳解:
[0029](I)控制器控制光發(fā)生器，產(chǎn)生特定頻率分組光信號(hào)，也就是周期性閃爍的光源，譬如:周期方波驅(qū)動(dòng)LED;
[0030](2)光通過光纖，由光電感應(yīng)器接收光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并放大輸出；
[0031](3)控制器在光源閃亮期間，也就是周期方波的高電平區(qū)間，對(duì)光電感應(yīng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0032](4)控制器記錄并分析采樣數(shù)值的變化，該數(shù)值峰值的包絡(luò)曲線，可以反映光纖構(gòu)成傳感器的形變情況。
[0033]更進(jìn)一步對(duì)組成配件及作相應(yīng)優(yōu)化處理的說明:
[0034]( I)光纖，選用散射較大的工藝光纖為佳，而非通信用途的工程光纖，可提高在幾米這個(gè)范圍的檢測(cè)效果;輻射損耗存在于各種光纖，該實(shí)用新型提出的方法不局限于特定光纖材料。
[0035](2)光纖的單個(gè)彎折引起的光信號(hào)變化較小，可通過同一彎折半徑的多次重復(fù)，可成倍提高光信號(hào)變化。
[0036](3)可以在同一光纖上，利用不同彎折半徑、不同彎折方向以及不同重復(fù)次數(shù)，組合設(shè)計(jì)多個(gè)不同傳感器。
[0037](4)光電轉(zhuǎn)換后，可經(jīng)過放大，使得電平適合模數(shù)采樣，或者使用更高精度的模數(shù)米樣。
[0038](5)光纖接口處，最好密封、隔離環(huán)境光線。
[0039](6)光源使用持續(xù)常亮光也可以，要分組光可降低耗電、以及輔助分析。
[0040](7)信號(hào)放大器，該實(shí)用新型提出的方法不局限于特定的放大電路。參考電路使用了電壓串聯(lián)負(fù)反饋的差分放大器，好處是放大信號(hào)的同時(shí)，能抑制溫度引起的零點(diǎn)漂移和干擾，其他類型的差分放大、簡(jiǎn)單三極管放大都是可以的。
[0041](8)關(guān)于電路所用元件，光源所用LED元件可以為普通可見光LED燈珠，也可以為紅夕卜、紫外、激光等發(fā)光元件。光電轉(zhuǎn)換元件可以為光電三極管、光電二極管、光敏電阻等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，包括光發(fā)生器、光纖、光電感應(yīng)器、控制器，其特征在于:光發(fā)生器與光纖一端連接，光纖的另一端與光電感應(yīng)器連接，控制器分別與光發(fā)生器和光電感應(yīng)器電連接，所述光纖經(jīng)繞制編織在一起，形成一傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，其特征在于:所述的控制器包括一微處理器，微處理器的一 1腳與光發(fā)生器電連接，微處理器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)光發(fā)生器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸入光纖;微處理器的另一 1腳與光電感應(yīng)器電連接，光電感應(yīng)器接收光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，流經(jīng)信號(hào)放大器進(jìn)行放大，經(jīng)1腳送至微處理器作模數(shù)轉(zhuǎn)換、以及進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，包括光發(fā)生器、光纖、光電感應(yīng)器、控制器，其特征在于：光發(fā)生器與光纖一端連接，光纖的另一端與光電感應(yīng)器連接，控制器分別與光發(fā)生器和光電感應(yīng)器電連接，所述光纖經(jīng)繞制編織在一起，形成特定形狀的傳感器。所述的一種利用光纖輻射損耗檢測(cè)物理形變的傳感器，利用光的傳播特性感知其物理形變，尤其適合應(yīng)用于智能服裝，可以分析出特定關(guān)節(jié)或肌肉的肢體活動(dòng)。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號(hào)】CN205102790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520720754
【發(fā)明人】梁威
【申請(qǐng)人】梁威
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日